清洁机器人的路径规划及自充电系统

【摘要】： 自主清洁机器人作为服务机器人的一种,能够使人们从繁重的清洁工作中解脱出来,具有广泛的应用前景。清洁机器人涉及到机械、电子和计算机等知识,是将移动机器人技术和清洁技术融为一体的高新技术产品,近年来已受到国内外的重视,成为服务机器人一个新的研究方向。在智能家庭清洁机器人系统中,充电站与机器人将共同完成自动清扫、电池电能即将耗尽时的对接充电等任务。 本论文介绍了清洁机器人技术的发展现状并对自主充电技术的背景进行了综述和分析,为了满足智能清洁机器人自动充电的要求,设计了红外无线通讯系统和快速充电控制器。采用了一种在未知环境下机器人进行全新的路径规划算法,使智能机器人能够满足避障以及全区域覆盖。 最后,将设计过程进行实验,结果表明所制作的清洁机器人能够完成自主充电工作,达到预期的设计效果 【关键词】：清洁机器人 路径规划 全区域覆盖 避障 对接充电
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 课题背景12
• 1.2 国内外在相关方向上的发展及研究现状12-15
• 1.2.1 清洁机器人的特点12
• 1.2.2 国外清洁机器人的发展及研究现状12-14
• 1.2.3 国内清洁机器人的发展及研究现状14-15
• 1.3 课题研究的目的、意义及主要研究内容15-16
• 1.3.1 课题研究的目的和意义15
• 1.3.2 课题的主要研究内容15-16
• 第二章 清洁机器人的软硬件总体设计16-20
• 2.1 清洁机器人的硬件总体设计16-19
• 2.1.1 清洁机器人的硬件设计16-18
• 2.1.1.1 本体设计16-17
• 2.1.1.2 自主移动系统17
• 2.1.1.3 驱动系统17-18
• 2.1.2 充电站的硬件设计18-19
• 2.2 清洁机器人的软件总体设计19-20
• 第三章 清洁路径全规划算法20-38
• 3.1 路径规划的概述20-22
• 3.1.1 路径规划的定义20
• 3.1.2 路径规划的意义20
• 3.1.3 路径规划的分类20-22
• 3.1.3.1 按移动目标主要有两种路径规划分20
• 3.1.3.2 根据对环境信息掌握的程度将机器人路径规划分20-21
• 3.1.3.3 根据机器人对环境信息掌握的程度和障碍物的不同可以分21
• 3.1.3.4 “遍历”路径规划21-22
• 3.2 全区域覆盖的避障系统22-25
• 3.2.1 避障系统的概述22
• 3.2.2 避障和路径规划的关系22
• 3.2.3 障碍物的探测22-25
• 3.2.3.1 碰撞探测22-23
• 3.2.3.2 红外线探测23-25
• 3.3 路径规划的算法25-38
• 3.3.1 路径规划常用的几种算法25-27
• 3.3.1.1 人工势场法25
• 3.3.1.2 栅格法25-26
• 3.3.1.3 模板模型法26
• 3.3.1.4 人工智能法26-27
• 3.3.2 全覆盖路径规划的数学描述27-28
• 3.3.3 坐标系的建立28-29
• 3.3.4 清洁环境的模型29-30
• 3.3.4.1 清洁环境地图的构建29-30
• 3.3.4.2 基于栅格法的环境地图的构建30
• 3.3.5 全覆盖路径规划算法的实现30-38
• 3.3.5.1 实现算法所定义的概念30-31
• 3.3.5.2 覆盖算法的两个子算法的算法描述31-38
• 第四章 自主充电对接系统设计38-51
• 4.1 自主对接充电的目的38
• 4.2 自主对接充电技术的背景发展及现状38-39
• 4.2.1 自主对接充电技术的背景发展38
• 4.2.2 自主对接充电技术现状38-39
• 4.2.3 对接充电系统的设计39
• 4.3 充电座39-44
• 4.3.1 供电电源的设计39-40
• 4.3.2 充电控制器设计40-42
• 4.3.3 充电座的设计42-44
• 4.4 红外线接收器44-48
• 4.4.1 红外电路的发射电路44-46
• 4.4.2 红外电路的接收电路46-47
• 4.4.3 红外电路的应用47-48
• 4.5 自寻充电站的路径规划策略48-51
• 4.5.1 导航的概念48
• 4.5.2 自寻充电站路径规划48-49
• 4.5.3 自寻充电站路径规划的实现49-51
• 第五章 仿真实验51-54
• 5.1 仿真平台的开发语言以及采用的仿真技术51
• 5.2 仿真环境描述51
• 5.3 仿真实验描述51-54
• 5.3.1 机器人在红外方向信号覆盖半径以外的区域51-52
• 5.3.2 机器人在方向信号覆盖半径内的运动52
• 5.3.3 机器人侦测到红外定点信号的运动情形52
• 5.3.4 机器人和充电站对接52-54
• 结论54-55
• 参考文献55-58

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